基于时间序列的矿井涌水量模拟与预测

发布时间：2017-07-31 12:36

  本文关键词：基于时间序列的矿井涌水量模拟与预测

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【摘要】：赵家寨井田内地质构造较为复杂,滹沱背斜为主体构造,同时分布断层较多。研究区内主要含水层有第四系、新近系各砂岩含水层以及石炭系太原组、奥陶系各灰岩含水层。本文在全面收集赵家寨煤矿地质和水文地质资料的基础上,进行整理分析,为加强对矿井水的防治,对煤层顶板导水裂隙带和底板扰动裂隙带进行研究,各含水层与矿井涌水量的水力联系进行分析,对矿井涌水量时间序列进行模拟和预测。采用的方法主要有分形理论和灰色系统理论,得到以下结论:(1)煤层底板含水层与矿井涌水联系密切,新近系砂砾石层(水)对矿井涌水量补给不明显。因背斜轴部基岩厚度薄,这些地段在开采时导水裂隙带会涉及新近系,根据工作面长度得到当底板隔水层厚度小于18.5m时要注意底板突水。(2)着重分析赵家寨煤矿的矿井涌水量时间序列。首先以分形理论为基础,使用R/S分析和分维值法对其进行了趋势分析和预测,发现矿井涌水量时间序列具有长程相关性,未来涌水量会保持缓慢下降的趋势;矿井涌水量时间序列分维值较大时其波动性明显。(3)灰色理论为基础,对矿井涌水量时间序列与各个含水层水进行了关联分析,得出关联度与之最大的是L7-8含水层。这与矿方L7-8含水层是矿井涌水量主要影响因素的结论一致。应用不同灰色建模方法对2013年矿井涌水量进行了模拟和预测,模拟值相对误差分别为0.9%和4.8%,效果均较好,两种模型预测2014年前三个月的涌水量分别为1063m3/h、1053m3/h、1044m3/h和1111m3/h、1108m3/h、1106m3/h。
【关键词】：矿井涌水 时间序列 分形理论 灰色系统
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD742
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 矿井涌水量预测的常用方法11-12
• 1.2.2 时间序列预测方法12-14
• 1.3 本文研究的主要内容与技术路线14-18
• 1.3.1 研究主要内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 2 研究区水文地质条件综合分析18-32
• 2.1 区域水文地质背景18-19
• 2.1.1 新密煤田水文地质单元划分18
• 2.1.2 新密煤田补给、径流和排泄特征分析18-19
• 2.2 研究区地质及水文地质概况19-21
• 2.2.1 矿区概况19-20
• 2.2.2 井田地质概况20-21
• 2.3 研究区矿井充水条件21-32
• 2.3.1 充水水源21-23
• 2.3.2 充水通道23-27
• 2.3.3 矿井涌水量27-32
• 3 矿井涌水量时间序列的分形分析及预测32-48
• 3.1 分形理论简介32-33
• 3.1.1 自相似性33
• 3.1.2 无标度区33
• 3.2 矿井涌水量的R/S分析及预测33-41
• 3.2.1 R/S分析简介33-34
• 3.2.2 R/S分析方法基本原理34-35
• 3.2.3 Hurst指数的意义35
• 3.2.4 矿井涌水量时间序列的R/S分析35-41
• 3.3 矿井涌水量时间序列的分维分析41-48
• 3.3.1 分形维简介41-42
• 3.3.2 分维值的意义42
• 3.3.3 分维计算42-48
• 4 基于灰色系统建模的矿井涌水量模拟及预测48-58
• 4.1 灰色系统理论简介48-49
• 4.2 基于GM（1,1）模型的模拟及预测49-52
• 4.2.1 数据的检验与处理49
• 4.2.2 GM（1,1）模型的基本原理49-50
• 4.2.3 检验50
• 4.2.4 基于GM（1,1）模型的矿井涌水量模拟及预测50-51
• 4.2.5 残差检验及建模结果分析51-52
• 4.3 基于GM（1,2）模型的模拟及预测52-58
• 4.3.1 灰色关联分析52-53
• 4.3.2 数据的检验与处理53
• 4.3.3 GM（1,2）模型的基本原理53-54
• 4.3.4 模型的残差检验54
• 4.3.5 基于GM(1,2)模型的矿井涌水量模拟及预测54-56
• 4.3.6 残差检验及建模结果分析56-58
• 5 结论58-60
• 参考文献60-64
• 作者简历64-65
• 学位论文数据集65

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本文编号：599220